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汽车电动化带来“芯”机遇,华虹宏力如何布局
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汽车电动化带来“芯”机遇,华虹宏力如何布局

2019-04-25 09:05:20 来源:哔哥哔特商务网 作者:芮思柏 点击:2177

【哔哥哔特导读】纵观全球半导体历史,整个产业是震荡向上的走势。台式电脑、互联网、智能终端等明星产品的出现,使得半导体的市场也随之打开。在这个年代,大量的新技术涌现,而这些技术并不会独立存在,它们需要智慧汽车来作为这个载体。

在4月11日的第八届EEVIA年度中国ICT媒体论坛上,华虹集团旗下上海华虹宏力半导体制造有限公司战略、市场与发展部科长李健先生为我们带来了《电动汽车“芯”机遇》这一主题演讲。

华虹宏力发展部科长李健

华虹宏力半导体制造有限公司战略、市场与发展部科长李健

纵观全球半导体历史,整个产业是震荡向上的走势。台式电脑、互联网、智能终端等明星产品的出现,使得半导体的市场也随之打开。在2016到2018年,整个半导体产业的增长率是空前的,有着20%以上的增长。在这个年代,大量的新技术涌现:5G、人工智能、互联网、大数据、云计算等等。而这些技术并不会独立存在,它们需要一个实际的产品作为载体来展示这些技术。李健认为能够担任多技术融合载体、拉动半导体快速上扬重任的就是未来的智慧汽车。

电动汽车的“芯”机遇

半导体为智慧汽车带来冷静的头脑,如自动驾驶处理器、ADAS芯片等,同时也带来更强壮的肌肉,即大量的功率器件,比如MOSFET。而正是这些,构成了电动汽车带来的“芯”机遇。

2018年电动汽车的销量是不断走高的,即使上个月刚出台了新能源汽车补贴退坡政策,但市场对今年的销量依然乐观,预计2020年,国内新能源车的销售目标是200万台,全球是700万台,这是一个非常大的市场。

而在这个市场中,功率半导体能拿到多大的份额呢?李健讲到:“有别于传统车,新能源车里面有电机、电池、车载充电机、电机逆变器和空调压缩机等,这些都需要大量的功率器件芯片。电动化除了车辆本身的变化之外,还给后装的零部件市场也带来新的需求,同时配套用电设施,比如充电桩,也带来大量的功率器件需求。”

电动汽车中功率芯片的用途非常广泛,启停系统,DC/DC变压器,DC/AC主逆变器+DC/DC升压,包括发电机,还有车载充电机等。以时下很热的IGBT来说,电动汽车前后双电机各需要18颗IGBT,车载充电机需要4颗,电动空调8颗,总共一台电动车需要48颗IGBT芯片。

“如果2020年国内电动汽车销量将达到200万台,后装维修零配件市场按1:1配套计的话,粗略估算国内市场大概需要10万片/月的8英寸车规级IGBT晶圆产能(按120颗IGBT芯片/枚折算)。国内电动车市场占全球市场的1/3,2020年全球汽车市场可能需要30万片/月的8英寸IGBT晶圆产能!除了汽车市场,IGBT在其它应用市场中也广受欢迎,业内有看法认为还需要新建十座IGBT晶圆厂。”李健表示。

功率器件新热潮

华虹宏力早在2000年初就开始布局特色工艺技术,是全球第一家关注功率器件的8英寸纯晶圆厂。面对功率器件上的机遇,华虹宏力主要聚焦以下4个方面。

一是Trench MOS/SGT,即低压段200伏以下的应用,如汽车辅助系统应用12V/24V/48V等。

二是深沟槽超级结MOSFET工艺(DT-SJ),涵盖300V到800V,在汽车应用中主要是汽车动力电池电压转12V低电压,以及直流充电桩功率模块等。

三是IGBT。IGBT在电动汽车里面是核心中的核心,主要是在600V到3300V甚至高达6500V的高压上的应用,如汽车主逆变、车载充电机等。

四是GaN/SiC新材料,这是华虹宏力一直关注的方向。未来五到十年,SiC类功率器件会成为汽车市场的主力,主要是在电动汽车的主逆变器,和大功率直流快速充电的充电桩上。

硅基MOSFET是功率器件工艺的基础,深沟槽超级结MOSFET则是华虹宏力功率器件工艺的中流砥柱。沟槽型MOS/SGT适合小于300V电压的应用,华虹宏力致力于不断地减少其pitch size,提升元胞密度,降低导通电阻,用持续领先的优异品质、稳定的良率赢得客户的赞誉。超级结MOSFET最显著特征为P柱结构,华虹宏力采用拥有自主知识产权的深沟槽型P柱,可大幅降低导通电阻,同时,在生产制造过程中可大幅降低生产成本和加工周期。深沟槽超级结MOSFET多用于500V到900V电压段,电阻更小,效率更高,散热相对低,在要求严苛的开关电源里有大量的应用。

在华虹宏力的定位中,硅基IGBT芯片是功率器件的未来。硅基IGBT非常考验晶圆制造的能力和经验。目前,基本上车用IGBT是在600V到1200V电压范围。从器件结构来看,IGBT背面加工需要很多特殊的工艺制程。以最简单的薄片工艺来说,8英寸晶圆厚700多微米,减薄后需要达到60微米甚至更薄,不采用特殊设备会弯曲而无法进行后续加工。

“华虹宏力是全球首家提供场截止型(FS)IGBT技术的8英寸代工厂,在IGBT背面加工能力上尤为突出,拥有IGBT全套背面加工工艺,包括背面薄片、背面离子注入、背面激光退火、背面金属、背面光刻等,技术能力已达业界领先水平。” 李健表示,“国内能加工IGBT的产线,不管6英寸还是8英寸,都比较少,能为IC设计公司提供代工服务的产线就更少了。华虹宏力是国内为数不多可用8英寸晶圆产线为客户代工的厂商之一。”

未来10到15年,宽禁带材料的市场空间非常巨大。李健也将SiC和GaN做了比较,从市场应用需求来讲,SiC的市场应用和硅基IGBT完全重合,应用场景明确;GaN则瞄准创新型领域,如现在流行的无线充电和未来无人驾驶LiDAR,应用场景存在一定的变数。从技术成熟度来讲,SiC二级管技术已成熟,MOS管也已小批量供货;而SiC基GaN虽然相对成熟,但成本高,Si基GaN则仍不成熟。从性价比来讲,SiC的比较明确,未来大量量产后有望快速拉低成本;而GaN则有待观察,如果新型应用不能如期上量,成本下降会比较缓慢。

华虹宏力“8+12”的战略布局

回顾全球半导体产业发展趋势图可见,半导体产业和整个世界经济发展脉搏相对一致。世界经济发展有一定的周期性。在经历多年快速发展后,预计2021年前后,世界经济会有一轮较大的衰退,应用市场的需求也将随之下滑。这是需求端的趋势,那供给端呢?从对中国大陆6英寸、8英寸、12英寸现有产能和计划增长的统计来看,2018年可用于功率器件的产能为55万片/月(等效于8英寸,下同),2023年将增长到120万片/月,增长率达到惊人的118%,翻倍不止。当需求端有比较大的下滑,供给端却有很大幅的增长时,半导体产业容易产生较大的危机。

李健介绍道,面对未来可能发生的危机,华虹宏力的整体战略依然是坚持 特色工艺“8+12”的战略布局。

8英寸生产线的战略定位是“广积粮”,重点是在“积”这个字上。华虹宏力有近20年的特色工艺技术积累,现已形成嵌入式非易失性存储器(eNVM)、功率器件、模拟及电源管理、逻辑/数模混合以及射频等多个特色工艺平台;同时近20年来积累了很多战略客户合作的情谊;连续超过32个季度盈利的赫赫成绩,也为华虹宏力积累了发展的资本。正因为有这些积累,华虹宏力可以开始布局12英寸生产线。

12英寸生产线的战略定位是“高筑墙”,重点是在“高”字上。华虹宏力将进一步夯实基础,继续延伸8英寸特色工艺的成功基因,拓宽护城河,提高技术壁垒,拉开与身后竞争者的差距。目前,华虹宏力已启动先进技术节点的研发推进工作,比如65/55纳米,以满足日益增长的特色工艺产能需求,携手客户再上新台阶。总结来说,只有积累了雄厚的底蕴,才能够在更高的舞台上走得更稳,即使当时会有一些危机发生。

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